Vad är en Homopolar-generator?
En homopolar generator är en typ av elektrisk generator som producerar likström (DC) med hjälp av en elektriskt ledande skiva som roterar inom ett statiskt magnetfält. Skivan är i rätt vinkel mot magnetfältet, så att dess rotation skapar en elektrisk potentialskillnad mellan skivans centrum och fälgen. Borstkontakter ansluter skivans kant till axeln som roterar skivan. Polariteten hos den elektriska strömmen beror på rotationsriktningen med avseende på magnetfältet. Det kallas "homopolar" eller "unipolär" eftersom endast en pol av magneten används.
Det finns faktiskt två driftsätt där en homopolar generator kan producera ström. Den stationära magneten och den roterande skivan är den vanligaste metoden, men om både magneten och skivan snurrar genereras kraft fortfarande. Detta är möjligt på grund av Lorentz-kraften, som är den kraft som elektronerna orsakar av det elektromagnetiska fältet.
Michael Faraday uppfann homopolargeneratorn 1831, vilket ledde till ett av dess alternativa namn, Faraday-skivan. Tidigare versioner av denna enhet var inte särskilt effektiva källor till elektrisk kraft, men de demonstrerade principerna som nu används av kommuterade dynamos för att producera likström. Ineffektiviteten hos tidiga homopolära generatorer berodde främst på motströmmen av ström; magneten inducerar det primära strömflödet på den del av skivan som är direkt under magneten, men denna ström cirkulerar mot områden på skivan som är borta från magnetfältet. Detta motström värmer upp skivan snarare än att producera elektrisk ström.
Moderna homopolära generatorer löser delvis detta problem genom att anordna en serie magneter runt skivans omkrets. Detta gör att magnetfältet förblir stabilt från mitten till skivkanten. Graden av motströmning reduceras kraftigt, vilket ökar effektiviteten hos generatorn.
Vanligtvis används för demonstrationsändamål producerar en liten homopolargenerator endast ett fåtal volt, medan större generatorer, såsom de som används i vetenskaplig forskning, kan producera några hundra volt. Vissa elektriska produktionssystem använder flera homopolära generatorer för att producera tusentals volt, men i allmänhet har de inte många praktiska industriella användningar. En homopolargenerator kan tillverkas för att ha ett mycket lågt motstånd, så att den kan producera stora mängder ström, ibland över 1 miljon ampere.